‌‌Med siktet på Mars längtar vi mer och mer efter att besöka fjärran solsystem och utforska universum till fullo. Men om resor till andra solsystem ska bli möjligt behövs snabbare färdmöjligheter. Skulle vi kunna resa genom maskhål, som i filmen Interstellar, eller i höga hastigheter genom Warp Drive, som i sci-fi-serien Star Trek?

Det som begränsar rymdresor är i första hand relativitetsteorin. Enligt relativitetsteorin kan ingenting resa snabbare än ljusets hastighet och de farkoster vi idag kan bygga är inte närheten av att komma upp i sådana hastigheter. Vår närmaste grannstjärna, Proxima Centauri, befinner sig ungefär 4,25 ljusår bort, vilket motsvarar ungefär 40 biljoner kilometer. Det tar alltså 4,25 år för ljus att resa mellan oss och stjärnan.

Den snabbaste farkosten som människan hittills har skapat är NASAs Parker Solar Probe som just nu är på väg mot solen. Sonden beräknas kunna nå en hastighet på ungefär 72 000 km/h (450 000 mph), vilket i sig är otroligt snabbt. Som jämförelse skulle det ta ungefär 50 sekunder för sonden att resa mellan Lund och Kiruna. Men i astronomiska skalor är detta en oerhört låg hastighet då det skulle ta cirka 6600 år för sonden att nå Proxima Centauri.

Det är uppenbart att vi behöver kunna resa snabbare om utforskning av andra solsystem ska bli möjlig. Enligt två vetenskapliga rapporter som publicerades i våras finns det teoretiskt stöd för rymdresor med Warp Drives (som bland annat omnämns på astronomy.com). En Warp Drive skulle innebära att farkosten komprimerar rumtiden framför sig, samtidigt som den sträcker ut rumtiden bakom sig. En idé som utmanar fysikens lagar.

Vi har frågat experten Ulf Danielsson, professor i teoretisk fysik vid Uppsala universitet, hur framtidens rymdresor kommer att se ut och vilka möjligheter som är mest realistiska.

Vad innebär rumtiden?

Låt oss ta ta två rumsriktningar, förklarar Ulf Danielsson, så att vi har en riktning över som vi låter vara tiden. Det betyder att vi föreställer oss varelser som endast kan röra sig i två dimensioner. Varelserna har då ingen föreställning av en tredje riktning, men den existerar och är tiden. Detta innebär alltså att i rumtiden sveps en världslinje ut där varje punkt i rumtiden är en händelse. När man rör sig i rummet och tiden går förlängs världslinjen. I rumtiden existerar vi inte som lokala varelser, utan vi är utsträckta i tidsriktningen.

– Om nu tiden har den här enkla egenskapen att den är en parameter som håller reda på vart vi är någonstans, är det väldigt praktiskt men inte så fysikaliskt. Men då är poängen att den här tidsriktningen och rumsriktningarna inte är separerade, utan de hör ihop, förklarar Danielsson.

Nu visar det sig att i den här rumtiden, där vi har bestämt tidsaxeln och rumsriktningarna, kan man också göra rotationer under speciella förhållanden. Det vill säga, det som för en observatör kan vara x-axeln, är för en annan observatör en annan axel. Det finns en rotation man kan göra i rumtiden, som gör att det som är tid är olika beroende på vem man frågar.

Då ställer man sig såklart frågan ”Hur i all sin dar kan man rotera tidsaxeln?”, fortsätter Danielsson, och utbrister sedan: ”Man springer jättefort!”

Beroende på hur (och hur fort) man rör sig uppfattar man tiden olika, konstaterar han.

Beroende på hur man rör sig i rumtiden, pekar tidens riktning åt olika håll för olika observatörer. Vilket blir märkbart för oss vid väldigt höga hastigheter. Detta, kombinerat med det märkliga faktumet att ljusfarten alltid är densamma, förklarar relativistiska effekter såsom varför tiden går olika fort för olika observatörer (tidsdilatation) och varför föremål upplevs som olika stora (längdkontraktion). Rumtiden kan dessutom krökas på samma sätt som en yta kan vara krökt, och det är det som ger upphov till exempelvis gravitation.

Är Warp Drives sci-fi eller vetenskap?

En Warp Drive kan vara möjlig om vi kunde skapa en krökning av rumtiden, svarar Danielsson. Krökningen utav rumtiden kan åstadkomma gravitation om den är krökt på ett alldeles speciellt sätt. För oss är rumtiden krökt så att tiden vid våra fötter går lite långsammare i jämförelse med tiden vid vårt huvud, vilket vi upplever som en dragning in mot jorden. Även om tidsskillnaden är något i stil med en biljondels sekund långsammare i timmen.

Då kan vi tänka oss, menar Danielsson, att man kan kröka rumtiden på andra sätt också. Dock finns det ett problem, i den allmänna relativitetsteorin och i Einsteins ekvationer relateras krökningen till materiafördelningen. Detta betyder att materias fördelning talar om hur rumtiden är krökt och för att kröka rumtiden behövs alltså materia med speciella egenskaper, något som mörk energi har föreslagits kunna lösa. Det är dock knepigt att veta exakt vilka regler som är rimliga.

– Den mest rimliga regeln är att det inte ska gå att skapa en lösning till Einsteins ekvation som är sån att man kan åstadkomma en tidsresa bakåt i tiden, berättar Danielsson.

Tanken med Warp Drives har varit att kunna resa snabbare än ljuset, och om detta skulle vara möjligt så skulle man kunna åka bakåt i tiden och träffa sig själv och orsaka tidsreseparadoxer. Därav är det rimligt att anta att resor snabbare än ljuset är omöjliga att åstadkomma. Vilket är ett effektivt sätt att resonera på för att urskilja vilka resor som skulle kunna vara möjliga och inte, menar Danielsson.

Ett nätverk av maskhål

Med maskhål kan vi argumentera på liknande sätt som ovan, förklarar Danielsson. Om det finns maskhål skulle det gå att kombinera dem på ett sådant sätt att resenären skulle kunna göra en tidsresa bakåt i tiden. Men här finns det ett litet kryphål, fortsätter han.

– Det skulle kunna vara så att det redan finns ett antal maskhål som uppkom under universums begynnelse som gör att vi skulle kunna ta oss till en fjärran galax, förklarar Danielsson.

Man skulle kunna föreställa sig att det finns nätverk utav maskhål utan att bryta mot den allmänna principen om att inte skapa slutna loopar. Det betyder att det skulle kunna gå att resa genom maskhål, om än destinationen avgörs av maskhålets position.

I filmen Interstellar reser karaktärerna genom ett maskhål för att ta sig till andra delar av universum. Där introduceras inga tidsreseparadoxer (förutom när de reser in i det svarta hålet), och man tänka sig att det är möjligt med ett sådant nätverk av maskhål. Forskaren Kip Thorne som var rådgivare till Interstellar har bland annat släppt en bok på ämnet med titeln Black Holes and Time Warps.  Han hade idéer om att det finns fysik som automatiskt skyddar mot uppkomsten av “loopar”, och därigenom förhindra tidsresor och komplexa paradoxer.

Det skulle alltså vara möjligt med resor genom maskhål, så länge det finns mekanismer som förhindrar tidsrese-loopar.

– Det mest optimistiska scenariot om man vill föreställa sig rymdvarelser som far runt, kors och tvärs, i universum, är att de har tillgång till ett nätverk utav maskhål, sammanfattar Danielsson.

Hur tror du att vi reser i rymden i framtiden?

Det beror på vad vi är ute efter, svarar Danielsson. Om det räcker att resa med hastigheter betydligt lägre än ljusets kan vi jobba vidare med teknik vi kan förställa oss idag. Sedan är också frågan om hur bråttom vi har, och om vi själva måste åka iväg, viktig, fortsätter Danielsson. Man skulle kunna tänka sig civilisationer som inte har så bråttom och har en mer kollektiv syn på det hela. Att det kan ta generationer innan resorna är genomförda. Och resorna skulle kunna göras med exempelvis sonder.

Ett av de mest realistiska projekten för rymdresor är Starshot, ett initiativ som med lätta segel och en stark laser ska kunna accelerera upp till 20% utav ljusfarten på bara några timmar. En sådan farkost skulle kunna resa till Alpha Centauri på bara 20 år! Många måste skickas ut, och dem måste vara otroligt lätta. Men de är inte omöjliga att konstruera om än nuvarande teknik behöver förfinas och förbättras. ‌‌

– Om vi ska ut och resa bland stjärnorna är det nog inte så säkert att vi vill göra det som biologiska varelser, avslutar Danielsson.

Omslagsbild: Les Bossinas/NASA/Wikimedia Commons‌‌‌‌